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技高一籌改造球式熱風爐
技高一籌改造球式熱風爐
球式熱風爐是頂燃式熱風爐的一種，其特征是蓄熱室蓄熱體采用自然堆放的耐火球作為傳熱換熱的載體。我國在上
世紀末大批量建設的這種熱風爐具有下列特點：蓄熱性能好，熱交換面積大，熱風爐爐體高度低，耐火球自然堆放
，建設周期短，投資費用小，操作方便，熱風溫度高，換球和維修方便等，在中小高爐中得到普遍應用。
球式熱風爐有何缺點呢？劉世聚向記者詳細介紹了他所了解的信息。
先說帶套筒燃燒器的球式熱風爐。這種熱風爐混合燃燒狀態較差，即使在多燒嘴情況下也不會有太大改善。通常煤
氣與空氣進入后不能很好地充分混合，燃燒過程基本上處于半預混半擴散燃燒狀態，導致混合不均勻、燃燒不完全
、燃燒強度低、過量空氣系數大、燃燒溫度上不去、效率低等狀況發生。此外，其燃燒后的高溫煙氣最后進入球式
蓄熱體，在旋流情況下的速度分布極不均勻，又因其燃燒狀態不佳從而使溫度分布也不可能均勻，尤其是在單燒嘴
情況下更是如此。
再說帶預燃室球式熱風爐。采用的大都是煤氣、空氣分層預混燃燒模式，導致煤氣、空氣在預燃室中沒有快速混合
，大量的CO隨旋流進入其下部的燃燒室甚至進入耐火球床蓄熱體內混合燃燒。由于進入蓄熱體的氣流不能夠做到均
流與均溫，甚至燃燒過程還在蓄熱體中繼續進行，出現蓄熱體耐火球局部高溫，產生球體局部黏連乃至板結，嚴重
影響蓄熱體耐火球壽命，使耐火球的換球周期大大縮短。
劉世聚總結道：“頂燃式球式熱風爐的結構不會產生良好的流動、燃燒與傳熱性能，導致其熱效率和熱風溫度在周
期內都不高。如果再考慮拱頂結構的不穩定性和球床的流動阻力過大而帶來的耗能費用的增加，以及球床頻繁更換
耐火球等弊端，球式熱風爐的投資省、傳熱效果好的優點就被抵消了。”
勇于探索找出合理化的技改方案
改造方案：
首先是重新設計與優化熱風爐技術參數。即參照原熱風爐的設計圖紙和實際配置以及參數要求，根據豫興型高風溫
熱風爐原理進行改造而重新計算設計熱風爐的燃燒器、拱頂結構。其目的包括：一是檢測原爐型是否滿足原有高爐
的送風量與送風溫度的要求；二是確定采用豫興型熱風爐后的燃燒室與燃燒器的結構尺寸；三是基于現有爐子的結
構尺寸利用計算程序來優化熱風爐的技術參數，使其能夠提供更高質量的熱風。由于頂燃式球床熱風爐爐身直段不
高，爐體內直徑偏大，這為采用豫興型高風溫熱風爐爐型和進行技術參數優化提供了回旋余地。豫興人堅信，經過
計算程序的計算，一定可以尋找到用戶滿意的優化技術參數。
其次是對原熱風爐提出技術改造的具體方案并進行評價。即參照原熱風爐的技術參數進行結構設計，確定其燃燒器
和拱頂形狀與大小，特別是燃燒室的尺寸、燃燒器的功率、蓄熱體的高度與直徑，以及熱風管等結構尺寸，提出對
原有熱風爐結構進行合理改造的具體方案。
由于對原熱風爐的改造是以提高風溫、提高效率、延長壽命、減小動能功率為目的，又必須以最節省的投資和最高
效益回報為前提。因此，豫興公司的改造方案是保留熱風爐的外殼、管網、熱風出口、煙道出口等原有的設備不動
，僅改造熱風爐內部的拱頂、爐箅子，將耐火球優化為格子磚，拆除拱頂之下到蓄熱室的某個位置，為砌筑新型燃
燒器和燃燒室留出空間；只改動煤氣管和助燃空氣管路走向以及進口位置，操作平臺以及控制系統基本不用調整。
多家用戶的改造實踐證明，原球式熱風爐經豫興公司改造后，具有良好的流動特征與燃燒性能，進入蓄熱室的氣流
速度與溫度分布實現雙均勻，傳熱效果好，蓄熱體利用率高，且能有效避免格子磚蓄熱體出現局部高溫，使格子磚
蓄熱體更換周期由原來的耐火球壽命的1年~2年延長至10年以上。如果使用除塵效果好的高爐煤氣，其使用壽命將會
進一步延長。
勤于實踐共享改造后的效益成果
2009年，經考察探討，濟源鋼鐵公司決定將其一座帶預燃室的球式熱風爐改造成同樣結構的豫興型高風溫頂燃式熱
風爐。針對該熱風爐的弊端，豫興公司用一種單位換熱面積較大的小孔徑格子磚取代了爐中原有的耐火球，使蓄熱
體的使用壽命從2年～3年延長到10年以上。同時，豫興公司還將其爐殼內原有拱頂和燃燒室拆除，并將爐殼上部截
斷，重新安裝新穎的帶有預燃室結構的爐殼上段，然后砌筑安裝了帶環形交錯布置且呈旋轉角度的噴嘴的預燃室，
還建造了帶有錐形結構的拱頂燃燒室，使原熱風爐整體結構徹底改變。由于預燃室中的燃燒器變成了交錯混合的旋
流預熱著火的燃燒模式，其空氣、煤氣混合燃燒的完全程度和燃燒強度均大為提高。由于位于預燃室下部的燃燒室
流場結構合理改變，使得進入格子磚蓄熱體的煙氣實現溫度均勻、流場穩定可控，并徹底克服燃燒室局部高溫及格
子磚蓄熱體的燃燒狀態。
該熱風爐技術改造完成后，經烘爐于2010年2月上旬投入實際運行，至今已有3年多。其整體運行狀態良好，拱頂溫
度達到1340℃左右，平均熱風溫度在聯合送風時（2小時）在1190℃上下，單獨送風時（1小時）為1240℃左右，煙
氣溫度在300℃上下。與濟源鋼鐵其他幾臺未改造的套筒式熱風爐比較，相同狀態下該熱風爐單獨送風溫度提高約50
℃，且排煙溫度比較低，在300℃上下；爐殼表面溫度在60℃以下，僅熱風出口周圍有80℃～100℃的表面溫度；煙
氣隨機抽查結果顯示，O2含量為1%以下（還有調節的余地），CO為零（小于1ppm），對照的2號熱風爐O2含量為1.4%
左右，CO為45ppm；經核算熱風爐熱效率達到78.7%。整體實現了低過量空氣系數下的完全充分燃燒，實現了高熱風
溫度、低排煙溫度的高傳熱效率的運行狀態，達到了節能增效、低污染、低排放的要求。
